JP5692130B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料の主噴射の前に複数回燃料を噴射する燃料噴射機構を有する内燃機関を制御する内燃機関制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、内燃機関の回転数と負荷との積に応じて燃料噴射量を決定し、該決定された燃料噴射量に応じて、メイン噴射量及びパイロット噴射量各々を算出する装置が提案されている（特許文献１参照）。また、吸気圧に基づきパイロット噴射を補正する技術（特許文献２参照）、水温や大気温に基づいてパイロット噴射量を補正する技術（特許文献３参照）も提案されている。

特開２００７−３３２８５８号公報 特開平１１−１４８４０９号公報 特開２００１−５００９７号公報

しかしながら、上述の背景技術によれば、吸気圧又は水温をパラメータとして、パイロット噴射量が補正されるため、排気性能を支配するパラメータである、例えば平均当量比、最高筒内温度等を最適制御することが困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、排気性能を支配するパラメータを適切に制御可能なように内燃機関を制御することができる内燃機関制御装置を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関制御装置は、上記課題を解決するために、燃料の主噴射の前に、前記燃料を複数回パイロット噴射可能な燃料噴射手段を備える内燃機関を制御する内燃機関制御装置であって、前記内燃機関の１サイクル当たりの前記内燃機関の気筒内の最高温度である最高筒内温度と、前記最高筒内温度が検出されたときの平均当量比とに基づいて設定された補正割合係数を用いて、前記パイロット噴射に係る噴射量であるパイロット噴射量及び前記燃料の噴射圧の少なくとも一方を補正する補正手段を備える。

本発明の内燃機関制御装置によれば、例えば、自動車のエンジン等である内燃機関は、例えばインジェクタ等である燃料噴射手段を備えて構成されている。該燃料噴射手段は、例えばガソリン、軽油等である燃料の主噴射の前に、微量の燃料を複数回パイロット噴射可能に構成されている。

例えばメモリプロセッサ等を備えてなる補正手段は、内燃機関の１サイクル当たりの該内燃機関の気筒内の最高温度である最高筒内温度と、該最高筒内温度が検出されたときの平均当量比とに基づいて設定された補正割合係数を用いて、パイロット噴射に係る噴射量であるパイロット噴射量及び燃料の噴射圧の少なくとも一方を補正する。

ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、最高筒内温度と平均当量比とは、例えばＮＯｘ、スモーク、ＨＣ、ＣＯ等の発生に直接影響する。つまり、最高筒内温度と平均当量比とは、排気性能に直接影響を与える。筒内温度及び当量比を制御可能な手段であるパイロット噴射量及び噴射圧は、例えば水温、大気圧、吸気圧等に応じて補正されることが多い。すると、水温等に応じて補正されたパイロット噴射に係る噴射量や噴射圧では、排気性能を支配するパラメータである最高筒内温度及び平均当量比を適切に制御することが困難になる可能性がある。

そこで本発明では、上述の如く、補正手段により、最高筒内温度と、該最高筒内温度が検出されたときの平均当量比とに基づいて設定された補正割合係数を用いて、パイロット噴射量及び燃料の噴射圧の少なくとも一方が補正される。この結果、補正後のパイロット噴射量及び噴射圧で、燃料が供給されることにより、最高筒内温度及び平均当量比を適切に制御することができる。更に、水温等に応じてパイロット噴射量及び噴射圧を補正する必要がなくなるので、例えば制御構造の簡素化や、開発にかかる時間の削減が期待できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るエンジンの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 実施形態に係る制御寄与度マップの一例を示す概念図である。 実施形態に係る噴霧の平均当量比−最高筒内温度マップの一例を示す概念図である。 実施形態に係るパイロット噴射量マップの一例を示す概念図である。 実施形態に係る噴射圧マップの一例を示す概念図である。 筒内温度及び平均当量比各々の時間変動の一例を示す概念図である。 実施形態に係るパイロット噴射量補正係数とΔ最高筒内温度との関係を定めるマップの一例を示す概念図である。 実施形態に係る噴射圧補正係数とΔ噴霧の平均当量比との関係を定めるマップの一例を示す概念図である。

以下、本発明の内燃機関制御装置に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。

本発明に係る「内燃機関」の一例としての、エンジンの構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係るエンジンの構成を示すブロック図である。

図１において、エンジン１は、気筒１１、ピストン１２、吸気通路１３、吸気弁１４、排気通路１５、排気弁１６及び燃料噴射弁１７を備えて構成されている。エンジン１は、気筒１１内に吸入した空気を圧縮し、圧縮されて高温になった空気中に燃料を噴射して自己着火させる圧縮着火方式のエンジン（所謂、筒内直噴圧縮着火エンジン）である。

ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）２１は、例えば燃料噴射弁１７から噴射される燃料等、エンジン１、及び該エンジン１を備える車両（図示せず）の各種電子制御を行う。ここで特に、ＥＣＵ２１は、燃料の主噴射の前に、微小燃料を複数回パイロット噴射するように、燃料噴射弁１７を制御する。

本発明に係る「内燃機関制御装置」の一例としての、エンジン制御装置１００は、エンジン１の１サイクル当たりの気筒１１内の最高温度である最高筒内温度と、該最高筒内温度が検出されたときの平均当量比とに基づいて設定された補正割合係数を用いて、パイロット噴射量及び噴射圧の少なくとも一方を補正するＥＣＵ２１を備えて構成されている。

ここで、実施形態に係る「ＥＣＵ２１」は、本発明に係る「補正手段」の一例である。本実施形態では、エンジン１等の各種電子制御を実施するＥＣＵ２１の機能の一部を、エンジン制御装置１００の一部として用いている。

次に、エンジン制御装置１００が実施する燃料噴射制御処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。

図２において、先ず、エンジン制御装置１００の一部としてのＥＣＵ２１は、エンジン１の１サイクル当たりの気筒１１内の最高筒内温度を算出する（ステップＳ１０１）。ここで、最高筒内温度は、例えば燃焼圧センサ（図示せず）の出力信号等に基づいて算出すればよい。

次に、ＥＣＵ２１は、最高筒内温度時の噴霧の平均当量比を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には例えば、ペネトレーション、噴霧角の式（例えば、広安の式等）から噴霧体積を計算し、クランク毎噴霧内当量比を算出すればよい。ここで特に、計算された噴霧体積内には、周囲と同じ酸素濃度で噴霧体積分の酸素があると仮定して、噴霧の平均当量比が算出される。

次に、ＥＣＵ２１は、算出された最高筒内温度と、算出された平均当量比とに基づいて、例えば図３に示すような、制御寄与度マップから、補正割合係数を算出する（ステップＳ１０３）。尚、図３は、実施形態に係る制御寄与度マップの一例を示す概念図である。

ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、最高筒内温度と平均当量比とは、図４に示すように、例えばＮＯｘ、スモーク、ＨＣ及びＣＯの発生に直接影響する。例えば過渡時、ばらつき発生時等における燃焼制御では、基本的には、最高筒内温度及び平均当量比各々の現在値の少なくとも一方が目標値に近づくように制御される。しかしながら、最高筒内温度及び平均当量比各々の現在値が、ＮＯｘ、スモーク、或いは、ＨＣ及びＣＯに顕著な影響を与える領域に該当する場合、何らの対策も採らずに、最高筒内温度及び平均当量比各々の現在値の少なくとも一方が目標値に近づくように制御してしまうと、排気性能が低下する可能性がある。

尚、本実施形態では、最高筒内温度に寄与するパラメータとして「パイロット噴射量」を、平均当量比に寄与するパラメータとして「燃料の噴射圧」を、一例として挙げる。

具体的には例えば、平均当量比を低下させる場合、燃料の噴射圧が増加されるが、該噴射圧の増加に起因して最高筒内温度が上昇する。仮に、平均当量比の現在値が０．７５であり、最高筒内温度の現在値が２２５０Ｋ（ケルビン）であった場合に、平均当量比の目標値が０．６であるとすると、平均当量比を低下させるための噴射圧の増加に起因して最高筒内温度が上昇し、ＮＯｘが増加してしまうことになる（図４参照）。尚、図４は、噴霧の平均当量比−最高筒内温度マップの一例を示す概念図である。

最高筒内温度及び平均当量比各々の現在値が、図４に示した、噴霧の平均当量比−最高筒内温度マップ上のどの領域に該当するかに応じて、制御寄与度を変更すれば、排気性能の低下を抑制することができる。具体的には例えば、平均当量比の低下が要求されている場合であっても、平均当量比を低下させるための噴射圧の増加に起因して最高筒内温度が上昇しＮＯｘが増加するような領域では、最高筒内温度を低下するような制御を優先することで、ＮＯｘの排出を大幅に低減することができる。

図３に示した制御寄与度マップは、上記した制御思想に基づいて構成されている。具体的には、先ず前提として、寄与度を０から１までの範囲とする。マップ上の数値は、最高筒内温度に係る制御寄与度とする。平均当量比に係る制御寄与度（即ち、補正割合係数）は、１からマップ上の数値を減算した値とする。該前提の上で、例えば、最高筒内温度及び平均当量比各々の値がＮＯｘに顕著な影響を与える領域に該当していれば、最高筒内温度の低下が優先されるように制御寄与度が設定される。スモークや、ＨＣ及びＣＯについても、最高筒内温度及び平均当量比のどちらを優先させるのかを考慮した上で、寄与度を設定すればよい。

再び図２に戻り、ステップＳ１０３の処理の後、ＥＣＵ２１は、筒内温度の補正を実施する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＥＣＵ２１は、先ず、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理で夫々算出された最高筒内温度及び平均当量比に基づいて、図５に示すようなパイロット噴射量マップから、パイロット噴射量（目標値）を特定する。尚、パイロット噴射量マップは、例えば、最高筒内温度が高くなるほど、パイロット噴射量が減少し、平均当量比が低くなるほど、パイロット噴射量が増加するように構成すればよい。加えて、一部の条件に対してはパイロット噴射量の上限が存在する（図５中の“＊”が付された条件参照）。

次に、ＥＣＵ２１は、図７上段に示すように、最高筒内温度の現在値と目標値との差分であるΔ最高筒内温度を求める。続いて、ＥＣＵ２１は、該求められたΔ最高筒内温度に基づいて、図８に示すような、パイロット噴射量補正係数とΔ最高筒内温度との関係を定めるマップから、パイロット噴射量補正係数を特定する。

ＥＣＵ２１は、パイロット噴射量補正係数の特定等と並行して、制御寄与度マップ（図３参照）から、補正割合係数を特定する。そして、ＥＣＵ２１は、特定されたパイロット噴射量（目標値）と、特定されたパイロット噴射量補正係数と、特定された補正割合係数との積である補正後パイロット噴射量を求める。上述の如く、パイロット噴射量は、最高筒内温度に寄与するパラメータであるので、パイロット噴射量が補正されることにより筒内温度が補正されることとなる。

再び図２に戻り、ステップＳ１０４の処理と並行して、或いは相前後して、ＥＣＵ２１は、平均当量比の補正を実施する（ステップＳ１０５）。具体的には、ＥＣＵ２１は、先ず、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理で夫々算出された最高筒内温度及び平均当量比に基づいて、図６に示すような噴射圧マップから、燃料の噴射圧（目標値）を特定する。尚、噴射圧マップは、例えば、スモークが発生する領域では噴射圧が高くなるように、ＨＣ及びＣＯが発生する領域では、噴霧のペネトレーション増加による壁面付着を抑制するために、噴射圧が低くなるように、構成すればよい。

次に、ＥＣＵ２１は、図７下段に示すように、噴霧の平均当量比の現在値と目標値との差分であるΔ噴霧の平均当量比を求める。続いて、ＥＣＵ２１は、該求められたΔ噴霧の平均当量比に基づいて、図９に示すような、噴射圧補正係数とΔ噴霧の平均当量比との関係を定めるマップから、噴射圧補正係数を特定する。

ＥＣＵ２１は、噴射圧補正係数の特定等と並行して、制御寄与度マップ（図３参照）から、補正割合係数を特定する。そして、ＥＣＵ２１は、特定された噴射圧（目標値）と、特定された噴射圧補正係数と、特定された補正割合係数を１から減算した値（即ち、“１−補正割合係数”）との積である補正後噴射圧を求める。上述の如く、燃料の噴射圧は、平均当量比に寄与するパラメータであるので、燃料の噴射圧が補正されることにより平均当量比が補正されることとなる。

ＥＣＵ２１は、上述したステップＳ１０４及びＳ１０５の処理の後、補正後パイロット噴射量及び補正後噴射圧に基づいたパイロット噴射量及び噴射圧で燃料を噴射するように、燃料噴射弁１７を制御する。

尚、最高筒内温度に寄与するパラメータとしては、上述した「パイロット噴射量」に限らず、例えば、インタークーラバイパス、ＬＰＬ−ＥＧＲ（低圧ループＥＧＲ）とＨＰＬ−ＥＧＲ（高圧ループＥＧＲ）との割合、グロープラグ、等も用いてもよい。また、平均当量比に寄与するパラメータとしては、上述した「燃料の噴射圧」に限らず、例えば、スワールコントロールバルブの閉じ度、過給機のタービンに設けられたバリアブルノズルの閉じ度、等も用いてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…エンジン、１１…気筒、１２…ピストン、１３…吸気通路、１４…吸気弁、１５…排気通路、１６…排気弁、１７…燃料噴射弁、２１…ＥＣＵ、１００…エンジン制御装置

Claims (1)

1. 燃料の主噴射の前に、前記燃料を複数回パイロット噴射可能な燃料噴射手段を備える内燃機関を制御する内燃機関制御装置であって、
   前記内燃機関の１サイクル当たりの前記内燃機関の気筒内の最高温度である最高筒内温度と、前記最高筒内温度が検出されたときの平均当量比とに基づいて設定された補正割合係数を用いて、前記パイロット噴射に係る噴射量であるパイロット噴射量及び前記燃料の噴射圧の少なくとも一方を補正する補正手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。

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